本發(fā)明涉及注漿材料，具體涉及一種基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、隨著地下工程建設(shè)的加快，地下基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護需求顯著增加，注漿材料在土木工程中用于修復(fù)和加固結(jié)構(gòu)的應(yīng)用變得愈發(fā)重要，建筑、礦業(yè)、水利等多個領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。注漿材料主要分為水泥基注漿材料、聚合物基注漿材料、樹脂基注漿材料等。由于水泥基注漿料主要由水泥、砂和水混合而成，具有原材料取材方便，耐久性能優(yōu)異，工藝簡單，性價比高等方面的優(yōu)勢，適用于承載要求較高的工程，目前廣泛應(yīng)用于加固工程。但水泥基注漿材料在硬化過程中存在不可避免的收縮變形，進而產(chǎn)生收縮裂縫。同時，收縮也會導(dǎo)致注漿料基體與被修復(fù)結(jié)構(gòu)體之間出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，這些因素均極大限制了水泥基注漿料注漿加固效果的發(fā)揮。

3、針對上述的問題，工程人員目前普遍采取聚氨酯或有機物乳膠粉等有機注漿料進行二次注漿的方法來控制注漿料與被修復(fù)結(jié)構(gòu)體之間的脫空現(xiàn)象。但這類方法不僅施工流程復(fù)雜，增大了工程成本，而且有機注漿料耐久性不佳，應(yīng)用受限。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供了一種基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，該注漿材料既可以修補收縮裂縫，又能灌滿注漿料脫空區(qū)，提高加固效果。具體地，本發(fā)明的技術(shù)方案如下所示。

2、一種基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，包括如下步驟：

3、（1）將電石渣加到水中充分浸泡后分離出浸泡液，然后在其中通入過量二氧化碳將氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟溻}，完成后得到拌和液。

4、（2）將所述拌和液、硅酸鹽水泥基注漿材料和微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料混勻，得到復(fù)合注漿料。

5、（3）將所述復(fù)合注漿料進行除氣處理后再進行超聲處理，使一部分所述微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料擴散到水泥基注漿材料的外層，而另一部分嵌入在水泥基注漿材料中，從而形成所述水泥基注漿材料中微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料的濃度從內(nèi)到外逐漸增大呈梯度分布的特點，即得自修復(fù)負碳水泥基注漿材料。

6、進一步地，步驟（1）中，所述電石渣與水的質(zhì)量為1：8~20。

7、進一步地，步驟（1）中，所述浸泡的時間為1~2小時。

8、進一步地，步驟（1）中，所述通入二氧化碳的速率為10~15l/min。通入二氧化碳后所述浸泡液先變渾濁，繼而隨著二氧化碳的繼續(xù)通入重新變澄清后即得所述拌和液。

9、進一步地，步驟（2）中，所述拌和液、硅酸鹽水泥基注漿材料、微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料的質(zhì)量比為0.2~0.5：1.0：0.005~0.02。

10、進一步地，步驟（2）中，所述硅酸鹽水泥基注漿材料包括硅酸鹽水泥、硅灰和有機物乳膠粉?？蛇x地，所述硅酸鹽水泥、硅灰、有機物乳膠粉的比例為60~70重量份：7~12重量份：2~3重量份。

11、進一步地，步驟（2）中，所述微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料采用如下方法制備：將巴氏芽孢桿菌微生物菌液加到水中混勻，然后加入海藻酸鈉、尿素和乙酸鈣，混勻后即得所述修復(fù)材料。

12、進一步地，所述巴氏芽孢桿菌微生物菌液、水、海藻酸鈉、尿素和乙酸鈣的比例為10~17ml：100~110ml：0.7~1.5g：4~8g：12~20g。可選地，所述巴氏芽孢桿菌微生物菌液中活菌數(shù)量為1×1012~1×1014cfu。

13、進一步地，步驟（3）中，所述除氣處理的方法為振動除氣?？蛇x地，所述振動頻率為3~5hz，振動時間為10~30min。

14、進一步地，步驟（3）中，所述超聲處理的時間為10~30min，功率為200~400w。

15、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下方面的有益效果：

16、本發(fā)明的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料有效解決了傳統(tǒng)水泥基注漿料注漿不密實，留有間隙以及自身收縮等原因?qū)е伦{料與被修復(fù)結(jié)構(gòu)的裂紋面之間產(chǎn)生脫空、注漿加固效果不佳的問題。其原因在于：

17、（1）本發(fā)明首先利用過量二氧化碳對電石渣的浸出液做改性處理，不僅可以消耗二氧化碳，抵消部分所述硅酸鹽水泥基注漿材料中水泥生產(chǎn)中產(chǎn)生的碳排放，降低水泥基注漿材料的碳足跡。而且得到的拌和液中含有的碳酸氫鈣在注漿材料注漿后硬化階段與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣反應(yīng)形成碳酸鈣，對注漿材料基體進行填充，提高密實度。同時，通過對所述水化產(chǎn)生氫氧化鈣的消耗，降低了注漿材料的堿性，從而更有利于所述微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料中微生物的存活，使其能夠更好地發(fā)揮修復(fù)注漿材料基體中產(chǎn)生裂紋的作用。

18、（2）本發(fā)明利用超聲處理使一部分所述微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料擴散到水泥基注漿材料的外層，而另一部分嵌入在水泥基注漿材料中，從而形成所述水泥基注漿材料中微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料的濃度從內(nèi)到外逐漸增大呈梯度分布的特點。將這種注漿材料注入裂縫等后，所述海藻酸鈉與水泥水化釋放的鈣離子進行交聯(lián)反應(yīng)形成海藻酸鈣水凝膠，吸收環(huán)境中的水分發(fā)生膨脹從而將微生物固定在裂縫處，分泌出碳酸鈣修補裂縫。由于上述的濃度梯度分布的特點，使大部分的所述水凝膠和碳酸鈣富集在注漿材料與裂縫面之間，從而不僅可以增加注漿料與裂縫面之間的粘結(jié)強度，又能有效解決注漿料收縮、灌縫不徹底帶來的與裂縫面之間產(chǎn)生脫空的問題，大幅提高注漿加固效果。同時，當注漿料中產(chǎn)生裂紋后，所述海藻酸鈣水凝膠可以自身進行快速修補，提高注漿加固的效果。

19、（3）本發(fā)明利用所述硅酸鹽水泥基注漿材料和微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料的密度差使修復(fù)材料在注漿材料中呈現(xiàn)非對稱的濃度分布特點，顯著提升了修復(fù)材料的利用效率，避免了注漿材料長時間在水泥基材料中因堿性環(huán)境等原因容易產(chǎn)生失效的問題。巴氏芽孢桿菌微生物在海藻酸鈣水凝膠的錨固作用下，可以在裂縫處長期穩(wěn)定的利用尿素等營養(yǎng)物分泌碳酸鈣封閉裂縫，避免了傳統(tǒng)涂刷或浸泡等方法導(dǎo)致微生物流失的問題。同時，巴氏芽孢桿菌微生物受到海藻酸鈣水凝膠的保護，不直接接觸水泥堿性環(huán)境，有利于其長期存活。本發(fā)明將大部分的微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料分布在注漿材料的外圍，有效避開了水泥的堿性環(huán)境。再加上上述的拌和液中碳酸氫鈣降低注漿材料堿性的作用，能夠有效改善微生物的生存條件。既保證了微生物長期有效，又與注漿材料的開裂規(guī)律一致，從外到內(nèi)裂紋逐漸發(fā)展，從而可將裂紋修補在最開始進行發(fā)揮作用，降低了裂紋造成注漿材料的加固效果下降的問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述電石渣與水的質(zhì)量為1：8~20。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述浸泡的時間為1~2小時。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述通入二氧化碳的速率為10~15l/min；通入二氧化碳后所述浸泡液先變渾濁，繼而隨著二氧化碳的繼續(xù)通入重新變澄清后即得所述拌和液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述拌和液、硅酸鹽水泥基注漿材料、微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料的質(zhì)量比為0.2~0.5：1.0：0.005~0.02。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述硅酸鹽水泥基注漿材料包括硅酸鹽水泥、硅灰和有機物乳膠粉；可選地，所述硅酸鹽水泥、硅灰、有機物乳膠粉的比例為60~70重量份：7~12重量份：2~3重量份。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述微生物-海藻酸鈉修復(fù)材料采用如下方法制備：將巴氏芽孢桿菌微生物菌液加到水中混勻，然后加入海藻酸鈉、尿素和乙酸鈣，混勻后即得所述修復(fù)材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，所述巴氏芽孢桿菌微生物菌液、水、海藻酸鈉、尿素和乙酸鈣的比例為10~17ml：100ml：0.7~1.5g：4~8g：12~20g；

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述除氣處理的方法為振動除氣；可選地，所述振動頻率為3~5?hz，振動時間為10~30min。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述超聲處理的時間為10~30min，功率為200~400w。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于梯度結(jié)構(gòu)的自修復(fù)負碳水泥基注漿材料的制備方法，包括步驟：（1）將電石渣加到水中充分浸泡后分離出浸泡液，然后在其中通入過量二氧化碳將氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓釟溻}，完成后得到拌和液。（2）將所述拌和液、硅酸鹽水泥基注漿材料和微生物?海藻酸鈉修復(fù)材料混勻，得到復(fù)合注漿料。（3）將復(fù)合注漿料除氣處理后再進行超聲處理，使一部分所述微生物?海藻酸鈉修復(fù)材料擴散到水泥基注漿材料的外層，而另一部分嵌入在水泥基注漿材料中，從而形成所述水泥基注漿材料中微生物?海藻酸鈉修復(fù)材料的濃度從內(nèi)到外逐漸增大呈梯度分布的特點，即得自修復(fù)負碳水泥基注漿材料。該注漿材料既可以修補收縮裂縫，又能灌滿注漿料脫空區(qū)。

技術(shù)研發(fā)人員：王明,孫啟棟,李小杰,張進,朱杰,何波,吳超,劉政偉,范鑫,劉曉紅
受保護的技術(shù)使用者：山東中興建安建工有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/16